Colocación de fibra a medida

La colocación de fibras a medida ( TFP , por sus siglas en inglés) es una técnica de fabricación textil basada en el principio de la costura para la colocación continua de material fibroso en componentes compuestos . El material fibroso se fija a un material base mediante hilos de costura superior e inferior . En comparación con otros procesos de fabricación textil, el material fibroso se puede colocar con una forma casi definitiva, siguiendo patrones curvilíneos sobre un material base, para crear piezas compuestas adaptadas a las tensiones.

La tecnología TFP fue introducida a principios de la década de 1990 por el IPF Dresden. ^{[ 1 ]} Inicialmente, se fabricaban estructuras de refuerzo cosidas a mano (preformas), a partir de una consulta de la industria sobre piezas de plástico reforzado con fibra (FRP) adaptadas a la tensión con un patrón curvilíneo. A mediados de los 90, se implementó una adaptación de este método a las máquinas de bordar industriales, utilizando las capacidades de costura de dichas máquinas automatizadas. La tecnología se denominó Colocación de Fibra a Medida (Tailored Fiber Placement, por sus siglas en inglés), que describe las capacidades de colocación de fibra axial variable con forma casi final. Actualmente, la Colocación de Fibra a Medida es ya una tecnología textil bien establecida en varias empresas para la fabricación de preformas en seco, utilizando máquinas TFP del fabricante TAJIMA. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Basándose en la maquinaria de bordado utilizada en la industria textil de la confección, estas máquinas se han adaptado para depositar y coser material de fibra en mecha sobre un material base. Se puede aplicar material en mecha, principalmente fibras de carbono comunes, con entre 3.000 y 50.000 filamentos. La preforma se produce de forma continua mediante la colocación de una sola mecha. El material en mecha, extraído de una bobina, es guiado por un tubo situado delante de la aguja de coser. El tubo y el bastidor, donde se fija el material base, se mueven de forma sincronizada para realizar una puntada en zigzag con respecto a la posición de la aguja. El cabezal de costura, equipado con la bobina de mecha, el tubo y la aguja, puede girar 360 grados. Durante cada puntada, el hilo superior se pasa a través del material base y se enrolla alrededor de la bobina del hilo inferior. De esta forma, se realiza una doble puntada de retroceso. Actualmente, se pueden alcanzar hasta 800 puntadas por minuto. El material base puede ser un textil bidimensional, como un tejido o tela no tejida, o una lámina compatible con la matriz para compuestos termoplásticos. La trayectoria de la puntada se puede diseñar mediante un patrón, ya sea con software de diseño de bordado clásico o, más recientemente, con sistemas CAD 2D . Posteriormente, se añade la información necesaria sobre la posición de las puntadas al patrón mediante un software de punzonado y, finalmente, se transfiere a la máquina TFP.

La infiltración de preformas de TFP se puede realizar mediante técnicas de procesamiento convencionales como el moldeo por transferencia de resina , el moldeo por vacío , el prensado y el moldeo en autoclave . En el caso de los compuestos termoplásticos , el material de la matriz y las fibras de refuerzo se pueden colocar simultáneamente, por ejemplo, en forma de películas o fibras. El material base puede ser una lámina termoplástica que se funde durante el proceso de consolidación y pasa a formar parte de la matriz. Este tipo es ideal para preformas de TFP embutidas .

• La fabricación con forma final reduce los costos y el desperdicio de valiosas fibras de refuerzo, por ejemplo, fibras de carbono.

• La deposición automática garantiza una alta precisión y repetibilidad en la cantidad y orientación de las fibras.

• Se pueden utilizar máquinas TFP con múltiples cabezales para lograr una productividad razonable; cada cabezal fabrica de forma sincronizada la misma preforma.

• Las fibras se pueden orientar en una dirección arbitraria para fabricar piezas compuestas altamente adaptadas a la tensión.

• Se pueden aplicar y combinar en una misma preforma una variedad de fibras, como carbono , vidrio , basalto , aramida , fibras naturales, termoplásticas , cerámicas y también hilos metálicos.

La tecnología TFP permite la fabricación de preformas adaptadas a componentes compuestos o refuerzos específicos. Sus aplicaciones abarcan desde piezas ligeras de alta aceleración para robots industriales o álabes para compresores hasta piezas de aeronaves de CFRP , como la viga en I para el helicóptero NH-90 , estructuras automotrices y piezas de bicicletas. ^{[ 2 ]}

El uso de la fibra de carbono como elemento calefactor eléctrico permite fabricar estructuras compuestas con capas calefactoras integradas. Gracias a la gran flexibilidad en el diseño del patrón de calentamiento, se puede lograr una distribución del calor prácticamente uniforme. En cuanto a las aplicaciones, esta tecnología integrada en moldes compuestos sólidos resulta muy beneficiosa para la consolidación de la resina y la activación del aglutinante en procesos fuera de autoclave. Los moldes compuestos presentan propiedades de dilatación térmica similares a las de las piezas compuestas fabricadas. La menor masa térmica de las herramientas compuestas, en comparación con los moldes metálicos convencionales, contribuye a acortar el ciclo de fabricación de las piezas de PRFV y a reducir la energía necesaria para el proceso de producción. Además, los elementos calefactores TFP pueden aplicarse en estructuras de alas de CFRP de aviones o palas de aerogeneradores para tareas antihielo y deshielo. La estructura TFP integrada en bolsas calefactoras elastoméricas puede aplicarse a los procesos de fabricación o reparación de piezas compuestas. ^{[ 5 ]}

• Colocación de fibra óptica a medida en el IPF Dresde
• LayStitch Technologies - Máquinas y soluciones automatizadas para la colocación de fibras a medida